تطبيق CMC Binder في البطاريات

باعتبارها الموثق الرئيسي لمواد القطب السالب القائمة على الماء، يتم استخدام منتجات CMC على نطاق واسع من قبل الشركات المصنعة للبطاريات المحلية والأجنبية. يمكن للكمية المثلى من الموثق الحصول على سعة بطارية كبيرة نسبيًا وعمر دورة طويل ومقاومة داخلية منخفضة نسبيًا.

يعد Binder أحد المواد الوظيفية المساعدة المهمة في بطاريات الليثيوم أيون. وهو المصدر الرئيسي للخصائص الميكانيكية للقطب بأكمله وله تأثير مهم على عملية إنتاج القطب والأداء الكهروكيميائي للبطارية. الرابط نفسه ليس له سعة ويحتل نسبة صغيرة جدًا في البطارية.

بالإضافة إلى الخصائص اللاصقة للمجلدات العامة، يجب أيضًا أن تكون مواد ربط القطب الكهربائي لبطارية الليثيوم أيون قادرة على تحمل تورم وتآكل المنحل بالكهرباء، وكذلك مقاومة التآكل الكهروكيميائي أثناء الشحن والتفريغ. يظل مستقرًا في نطاق جهد التشغيل، لذلك لا يوجد العديد من مواد البوليمر التي يمكن استخدامها كمجلدات قطب كهربائي لبطاريات الليثيوم أيون.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من مجلدات بطاريات الليثيوم أيون التي تستخدم على نطاق واسع في الوقت الحاضر: فلوريد البولي فينيلدين (PVDF)، مستحلب مطاط الستايرين بوتادين (SBR) وكربوكسي ميثيل السليلوز (CMC). بالإضافة إلى ذلك، فإن حمض البولي أكريليك (PAA)، والمواد الرابطة ذات الأساس المائي مع بولي أكريلونيتريل (PAN) والبولي أكريلات كمكونات رئيسية تحتل أيضًا سوقًا معينة.

أربع خصائص لـ CMC على مستوى البطارية

نظرًا لضعف قابلية الذوبان في الماء للبنية الحمضية لكربوكسي ميثيل السليلوز، من أجل تطبيقه بشكل أفضل، فإن CMC هي مادة مستخدمة على نطاق واسع جدًا في إنتاج البطاريات.

باعتبارها الموثق الرئيسي لمواد القطب السالب القائمة على الماء، يتم استخدام منتجات CMC على نطاق واسع من قبل الشركات المصنعة للبطاريات المحلية والأجنبية. يمكن للكمية المثلى من الموثق الحصول على سعة بطارية كبيرة نسبيًا وعمر دورة طويل ومقاومة داخلية منخفضة نسبيًا.

الخصائص الأربع لـ CMC هي:

أولاً، يمكن لـ CMC أن يجعل المنتج محبًا للماء وقابل للذوبان، وقابل للذوبان تمامًا في الماء، بدون ألياف وشوائب حرة.

ثانيا، درجة الاستبدال موحدة واللزوجة مستقرة، والتي يمكن أن توفر لزوجة مستقرة والالتصاق.

ثالثًا، إنتاج منتجات عالية النقاء ذات محتوى أيونات معدنية منخفضة.

رابعا، المنتج لديه توافق جيد مع لاتكس SBR والمواد الأخرى.

لقد أدى السليلوز كاربوكسي ميثيل الصوديوم CMC المستخدم في البطارية إلى تحسين تأثير الاستخدام نوعيًا، وفي الوقت نفسه يوفر لها أداء استخدام جيد، مع تأثير الاستخدام الحالي.

دور CMC في البطاريات

CMC هو مشتق كربوكسي ميثيل من السليلوز، والذي يتم تحضيره عادة عن طريق تفاعل السليلوز الطبيعي مع القلويات الكاوية وحمض أحادي كلورو أسيتيك، ويتراوح وزنه الجزيئي من الآلاف إلى الملايين.

CMC عبارة عن مسحوق أبيض إلى أصفر فاتح، مادة حبيبية أو ليفية، تتميز باسترطابية قوية وقابلة للذوبان في الماء بسهولة. عندما يكون المحلول محايدًا أو قلويًا، يكون المحلول سائلًا عالي اللزوجة. إذا تم تسخينه فوق 80 درجة مئوية لفترة طويلة، فسوف تنخفض اللزوجة وسيكون غير قابل للذوبان في الماء. يتحول إلى اللون البني عند تسخينه إلى 190-205 درجة مئوية، ويتفحم عند تسخينه إلى 235-248 درجة مئوية.

لأن CMC لديه وظائف سماكة، والترابط، واحتباس الماء، والاستحلاب والتعليق في محلول مائي، فإنه يستخدم على نطاق واسع في مجالات السيراميك والمواد الغذائية ومستحضرات التجميل والطباعة والصباغة وصناعة الورق والمنسوجات والطلاء والمواد اللاصقة والأدوية، عالية- السيراميك النهائي وبطاريات الليثيوم ويمثل الحقل حوالي 7%، والمعروف باسم "الغلوتامات أحادية الصوديوم الصناعية".

خاصةسي إم سيفي البطارية، وظائف CMC هي: تشتيت المادة الفعالة للقطب السالب والعامل الموصل؛ تأثير سماكة ومضاد للترسيب على ملاط ​​​​القطب السالب ؛ مساعدة الترابط. استقرار أداء معالجة القطب والمساعدة على تحسين أداء دورة البطارية؛ تحسين قوة قشر قطعة القطب، الخ.

أداء CMC والاختيار

يمكن أن تؤدي إضافة CMC عند صنع ملاط ​​القطب الكهربائي إلى زيادة لزوجة الملاط ومنع الملاط من الترسيب. سوف تتحلل CMC أيونات الصوديوم والأنيونات في محلول مائي، وستنخفض لزوجة غراء CMC مع زيادة درجة الحرارة، وهو سهل امتصاص الرطوبة وله مرونة ضعيفة.

يمكن أن يلعب CMC دورًا جيدًا جدًا في تشتت الجرافيت الكهربائي السالب. مع زيادة كمية CMC، سوف تلتصق منتجات التحلل الخاصة بها بسطح جزيئات الجرافيت، وسوف تتنافر جزيئات الجرافيت مع بعضها البعض بسبب القوة الكهروستاتيكية، مما يحقق تأثير تشتت جيد.

العيب الواضح لـ CMC هو أنها هشة نسبيًا. إذا تم استخدام CMC بالكامل كرابط، فإن القطب السالب للجرافيت سوف ينهار أثناء عملية الضغط والقطع لقطعة القطب، مما سيؤدي إلى فقدان المسحوق بشكل خطير. في الوقت نفسه، تتأثر CMC بشكل كبير بنسبة مواد القطب وقيمة الرقم الهيدروجيني، وقد تتشقق لوحة القطب أثناء الشحن والتفريغ، مما يؤثر بشكل مباشر على سلامة البطارية.

في البداية، كان الرابط المستخدم لتحريك القطب السالب هو PVDF وغيره من المواد الرابطة القائمة على النفط، ولكن مع الأخذ في الاعتبار حماية البيئة وعوامل أخرى، فقد أصبح من السائد استخدام المواد الرابطة المائية للأقطاب الكهربائية السالبة.

الرابط المثالي غير موجود، حاول اختيار رابط يلبي متطلبات المعالجة الفيزيائية والكهروكيميائية. مع تطور تكنولوجيا بطاريات الليثيوم، فضلاً عن قضايا التكلفة وحماية البيئة، ستحل المجلدات ذات الأساس المائي محل المجلدات الزيتية في نهاية المطاف.

CMC عمليتان تصنيعيتان رئيسيتان

وفقًا لوسائط الأثير المختلفة، يمكن تقسيم الإنتاج الصناعي لـ CMC إلى فئتين: الطريقة القائمة على الماء والطريقة القائمة على المذيبات. الطريقة التي تستخدم الماء كوسيط للتفاعل تسمى طريقة وسط الماء، والتي تستخدم لإنتاج وسط قلوي ومنخفض الدرجة CMC. تسمى طريقة استخدام المذيبات العضوية كوسيلة للتفاعل بطريقة المذيبات، وهي مناسبة لإنتاج CMC متوسطة وعالية الجودة. يتم تنفيذ هذين التفاعلين في العجن الذي ينتمي إلى عملية العجن وهو حاليًا الطريقة الرئيسية لإنتاج CMC.

طريقة وسط الماء: عملية إنتاج صناعية سابقة، تتمثل الطريقة في تفاعل السليلوز القلوي وعامل الأثير تحت ظروف القلويات الحرة والماء، والذي يستخدم لتحضير منتجات CMC متوسطة ومنخفضة الدرجة، مثل المنظفات وعوامل تحجيم المنسوجات. . ميزة طريقة وسط الماء هي أن متطلبات المعدات بسيطة نسبيًا والتكلفة منخفضة؛ العيب هو أنه بسبب عدم وجود كمية كبيرة من الوسط السائل، فإن الحرارة الناتجة عن التفاعل تزيد من درجة الحرارة وتسرع سرعة التفاعلات الجانبية، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة الأثير وضعف جودة المنتج.

طريقة المذيبات تُعرف أيضًا باسم طريقة المذيبات العضوية، وتنقسم إلى طريقة العجن وطريقة الملاط وفقًا لكمية مادة التفاعل المخففة. السمة الرئيسية لها هي أن تفاعلات القلوية والأثرة تتم تحت حالة مذيب عضوي كوسيط تفاعل (مخفف). مثل عملية التفاعل في طريقة الماء، تتكون طريقة المذيب أيضًا من مرحلتين من القلونة والأثير، ولكن وسط التفاعل في هاتين المرحلتين مختلف. ميزة طريقة المذيبات هي أنها تغفل عمليات النقع القلوي والضغط والسحق والشيخوخة المتأصلة في طريقة الماء، ويتم تنفيذ القلونة والأثير في العجان؛ العيب هو أن التحكم في درجة الحرارة ضعيف نسبيًا، ومتطلبات المساحة سيئة نسبيًا. ، تكلفة أعلى.